Java基于BC包的实现SM2签名验签方案，以及SM2签名中bc包冲突的部分解决方法

信创改造也有一段时间了，这里记录和总结一些关于SM2算法的知识点。

    <dependency>      <groupId>org.bouncycastlegroupId>      <artifactId>bcprov-jdk15onartifactId>      <version>1.57version>    dependency>

或

    <dependency>      <groupId>org.bouncycastlegroupId>      <artifactId>bcprov-jdk15onartifactId>      <version>1.70version>    dependency>

由于BC包版本多种多样，且实现SM2算法的过程和结果并不相同。因此在引入bc包时，需要考虑bc包版本的问题，否则将出现包冲突或ClassNotFound的问题。

这里特别强调，特别是进行SDK开发时，需询问接入方使用的JDK版本（是否为openjdk），需询问接入方项目中是否存在bc包，并根据实际情况调整bc包版本与项目打包方案

注意，不同开发语言甚至不同的bc包版本，“使用SM2算法进行非对称加密的结果内容的排序是有区别的”（C1C3C2或是C1C2C3）但由于目前使用为对称加密方案加密报文的情况不多见，因此这里暂不展示SM2加解密逻辑注意，在不同开发语言甚至不同bc包版本，“实现的SM2签名验签算法的代码和结果是有区别的”这里主要展示bc1.57与bc1.60及以上版本的区别，其他版本的bc包签名方案可以参考

 private static final String SM2_STD = "sm2p256v1";//SM2算法使用的向量值，Java默认为1234567812345678，C#默认为null（和java的默认值效果相同），修改向量值将对算法结果存在影响 private static final String SM2_PID = "1234567812345678";

bc1.57版本的SM2签名验签方法

//签名public static String sign(String content, String privateKey) {    //待签名内容转为字节数组    byte[] message = content.getBytes();    //获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName(SM2_STD);    //构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),        sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());    BigInteger privateKeyD = new BigInteger(privateKey, 16);    ECPrivateKeyParameters privateKeyParameters = new ECPrivateKeyParameters(privateKeyD,        domainParameters);    //创建签名实例    SM2Signer sm2Signer = new SM2Signer();    //初始化签名实例,带上ID,国密的要求,ID默认值:1234567812345678    try {      sm2Signer.init(true, new ParametersWithID(          new ParametersWithRandom(privateKeyParameters, SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG")),          Strings.toByteArray(SM2_PID)));    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {      e.printStackTrace();    }    //生成签名,签名分为两部分r和s,分别对应索引0和1的数组    BigInteger[] bigIntegers = sm2Signer.generateSignature(message);    byte[] rBytes = modifyRSFixedBytes(bigIntegers[0].toByteArray());    byte[] sBytes = modifyRSFixedBytes(bigIntegers[1].toByteArray());    byte[] signBytes = ByteUtils.concatenate(rBytes, sBytes);    return Hex.toHexString(signBytes);  }

//验签 public static boolean verify(String content, String publicKey, String sign) {    //待签名内容    byte[] message = content.getBytes();    byte[] signData = Hex.decode(sign);    // 获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName(SM2_STD);    // 构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),        sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());    //提取公钥点    ECPoint pukPoint = sm2ECParameters.getCurve().decodePoint(Hex.decode(publicKey));    // 公钥前面的02或者03表示是压缩公钥，04表示未压缩公钥, 04的时候，可以去掉前面的04    ECPublicKeyParameters publicKeyParameters = new ECPublicKeyParameters(pukPoint,        domainParameters);    //获取签名    BigInteger R = null;    BigInteger S = null;    byte[] rBy = new byte[33];    System.arraycopy(signData, 0, rBy, 1, 32);    rBy[0] = 0x00;    byte[] sBy = new byte[33];    System.arraycopy(signData, 32, sBy, 1, 32);    sBy[0] = 0x00;    R = new BigInteger(rBy);    S = new BigInteger(sBy);    //创建签名实例    SM2Signer sm2Signer = new SM2Signer();    ParametersWithID parametersWithID = new ParametersWithID(publicKeyParameters,        Strings.toByteArray(SM2_PID));    sm2Signer.init(false, parametersWithID);    //验证签名结果    boolean verify = sm2Signer.verifySignature(message, R, S);    return verify;  }

BC1.60+时，SM2签名验签方法

//签名public static String sign4Der(String privateKey, String content) throws CryptoException {    //待签名内容转为字节数组    byte[] message = content.getBytes();    //获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName("sm2p256v1");    //构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),            sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());    BigInteger privateKeyD = new BigInteger(privateKey, 16);    ECPrivateKeyParameters privateKeyParameters = new ECPrivateKeyParameters(privateKeyD, domainParameters);    //创建签名实例    SM2Signer sm2Signer = new SM2Signer();    //初始化签名实例,带上ID,国密的要求,ID默认值:1234567812345678    try {      sm2Signer.init(true, new ParametersWithID(new ParametersWithRandom(privateKeyParameters, SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG")), Strings.toByteArray("1234567812345678")));    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {      e.printStackTrace();    }    sm2Signer.update(message, 0, message.length);    byte[] signBytes = sm2Signer.generateSignature();    String sign = Hex.toHexString(signBytes);    return sign;  }

//验签  public static boolean verify4Der(String content, String publicKey, String sign)  {    //待签名内容    byte[] message = Hex.decode(content);    byte[] signData = Hex.decode(sign);    // 获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName("sm2p256v1");    // 构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),            sm2ECParameters.getG(),            sm2ECParameters.getN());    //提取公钥点    ECPoint pukPoint = sm2ECParameters.getCurve().decodePoint(Hex.decode(publicKey));    // 公钥前面的02或者03表示是压缩公钥，04表示未压缩公钥, 04的时候，可以去掉前面的04    ECPublicKeyParameters publicKeyParameters = new ECPublicKeyParameters(pukPoint, domainParameters);    //创建签名实例    SM2Signer sm2Signer = new SM2Signer();    ParametersWithID parametersWithID = new ParametersWithID(publicKeyParameters, Strings.toByteArray("1234567812345678"));    sm2Signer.init(false, parametersWithID);    sm2Signer.update(message, 0, message.length);    //验证签名结果    boolean verify = sm2Signer.verifySignature(signData);    return verify;  }

细心的朋友们就可以发现，针对不同版本的bc包，我实现的签名验签方法的名称是不一样的（sign和sign4Der，verify和verify4Der）

而，网上有许多SM2算法的帖子里经常有这句注释

  //生成签名,签名分为两部分r和s,分别对应索引0和1的数组

但这句注释下方并没有相关的代码，经常让人看得莫名其妙。

其实低版本的bc包和高版本的bc包实现SM2的过程和结果并不相同，甚至类org.bouncycastle.crypto.signers中的方法都不兼容。如果你把bc1.57的签名验签代码，CV到bc1.60+的项目中，会发现sign和verify方法编译不会通过（反过来也是一样的），这也是出现ClassNotFound异常的主要原因。

这是因为SM2算法的签名结果的确是 “分为两部分r和s”两部分，在bc1.57中，签名结果是64字节的纯r+s的字节流拼接

    BigInteger[] bigIntegers = sm2Signer.generateSignature(message);    byte[] rBytes = modifyRSFixedBytes(bigIntegers[0].toByteArray());    byte[] sBytes = modifyRSFixedBytes(bigIntegers[1].toByteArray());    byte[] signBytes = ByteUtils.concatenate(rBytes, sBytes);

而在bc1.60+的版本中，SM2的结果是r的der编码字节流与s的der编码字节流拼接的结果
即

    sm2Signer.update(message, 0, message.length);    byte[] signBytes = sm2Signer.generateSignature();

因此，只要实现了64字节的纯R+S字节流与DER编码字节流相互转换的方法，那么就可以实现不同bc包之间签名方法的兼容了。

我在bc1.70的基础上，实现了一个SM2Utils类，该类包含了SM2加解密方法，实现了sign/sign4Der与verify/verify4Der的代码，并提供了64位纯字节流与DER编码字节流相互转化的方法

import java.io.IOException;import java.math.BigInteger;import java.nio.charset.StandardCharsets;import java.security.KeyPair;import java.security.KeyPairGenerator;import java.security.NoSuchAlgorithmException;import java.security.SecureRandom;import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;import java.security.interfaces.RSAPublicKey;import java.util.HashMap;import org.bouncycastle.asn1.*;import org.bouncycastle.asn1.gm.GMNamedCurves;import org.bouncycastle.asn1.x9.X9ECParameters;import org.bouncycastle.crypto.AsymmetricCipherKeyPair;import org.bouncycastle.crypto.CryptoException;import org.bouncycastle.crypto.InvalidCipherTextException;import org.bouncycastle.crypto.engines.SM2Engine;import org.bouncycastle.crypto.generators.ECKeyPairGenerator;import org.bouncycastle.crypto.params.ECDomainParameters;import org.bouncycastle.crypto.params.ECKeyGenerationParameters;import org.bouncycastle.crypto.params.ECPrivateKeyParameters;import org.bouncycastle.crypto.params.ECPublicKeyParameters;import org.bouncycastle.crypto.params.ParametersWithID;import org.bouncycastle.crypto.params.ParametersWithRandom;import org.bouncycastle.crypto.signers.SM2Signer;import org.bouncycastle.math.ec.ECPoint;import org.bouncycastle.pqc.math.linearalgebra.ByteUtils;import org.bouncycastle.util.Strings;import org.bouncycastle.util.encoders.Base64;import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;public class SM2Utils {  private static final String SM2_STD = "sm2p256v1";  private static final String SM2_PID = "1234567812345678";    public static String encrypt(String publicKey, String data) throws InvalidCipherTextException {    // 获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName(SM2_STD);    // 构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),        sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());    //提取公钥点    ECPoint pukPoint = sm2ECParameters.getCurve()        .decodePoint(Hex.decode(publicKey));    // 公钥前面的02或者03表示是压缩公钥，04表示未压缩公钥, 04的时候，可以去掉前面的04    ECPublicKeyParameters publicKeyParameters = new ECPublicKeyParameters(pukPoint,        domainParameters);    SM2Engine sm2Engine = new SM2Engine();    sm2Engine.init(true, new ParametersWithRandom(publicKeyParameters, new SecureRandom()));    byte[] arrayOfBytes = null;    byte[] cipherDataByte = Base64.encode(data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));    arrayOfBytes = sm2Engine.processBlock(cipherDataByte, 0, cipherDataByte.length);    return Hex.toHexString(arrayOfBytes);  }    public static String decrypt(String privateKey, String data) throws InvalidCipherTextException {    //获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName(SM2_STD);    //构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),        sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());    BigInteger privateKeyD = new BigInteger(privateKey, 16);    ECPrivateKeyParameters privateKeyParameters = new ECPrivateKeyParameters(privateKeyD,        domainParameters);    SM2Engine sm2Engine = new SM2Engine();    sm2Engine.init(false, privateKeyParameters);    byte[] arrayOfBytes = null;    byte[] cipherDataByte = Hex.decode(data);    arrayOfBytes = sm2Engine.processBlock(cipherDataByte, 0, cipherDataByte.length);    return new String(Base64.decode(arrayOfBytes), StandardCharsets.UTF_8);  }    public static String sign(String content, String privateKey)   {    //待签名内容转为字节数组    byte[] message = content.getBytes();    //获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName("sm2p256v1");    //构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),            sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());    BigInteger privateKeyD = new BigInteger(privateKey, 16);    ECPrivateKeyParameters privateKeyParameters = new ECPrivateKeyParameters(privateKeyD, domainParameters);    //创建签名实例    SM2Signer sm2Signer = new SM2Signer();    //初始化签名实例,带上ID,国密的要求,ID默认值:1234567812345678    try {      sm2Signer.init(true, new ParametersWithID(new ParametersWithRandom(privateKeyParameters, SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG")), Strings.toByteArray("1234567812345678")));    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {      e.printStackTrace();    }    sm2Signer.update(message, 0, message.length);    //生成签名,签名分为两部分r和s,分别对应索引0和1的数组    byte[] signBytes = new byte[0];    try {      signBytes = sm2Signer.generateSignature();    } catch (CryptoException e) {      throw new RuntimeException(e);    }    //start  bc1.57版本中，signData是纯r+s字符串拼接，如果为了兼容低版本的bc包，则需要加这一句    byte[] signData = decodeDERSM2Sign(domainParameters, signBytes);    //end    String sign = Hex.toHexString(signData);    return sign;  }    public static String sign4Der(String privateKey, String content) throws CryptoException {    //待签名内容转为字节数组    byte[] message = content.getBytes();    //获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName("sm2p256v1");    //构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),            sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());    BigInteger privateKeyD = new BigInteger(privateKey, 16);    ECPrivateKeyParameters privateKeyParameters = new ECPrivateKeyParameters(privateKeyD, domainParameters);    //创建签名实例    SM2Signer sm2Signer = new SM2Signer();    //初始化签名实例,带上ID,国密的要求,ID默认值:1234567812345678    try {      sm2Signer.init(true, new ParametersWithID(new ParametersWithRandom(privateKeyParameters, SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG")), Strings.toByteArray("1234567812345678")));    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {      e.printStackTrace();    }    sm2Signer.update(message, 0, message.length);    //生成签名,签名分为两部分r和s,分别对应索引0和1的数组    byte[] signBytes = sm2Signer.generateSignature();    String sign = Hex.toHexString(signBytes);    return sign;  }    public static boolean verify(String content, String publicKey, String sign)  {    //待签名内容    byte[] message = Hex.decode(Hex.toHexString(content.getBytes()));    byte[] signData = Hex.decode(sign);    try {      signData = encodeSM2SignToDER(signData);    } catch (IOException e) {      throw new RuntimeException(e);    }    // 获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName("sm2p256v1");    // 构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),            sm2ECParameters.getG(),            sm2ECParameters.getN());    //提取公钥点    ECPoint pukPoint = sm2ECParameters.getCurve().decodePoint(Hex.decode(publicKey));    // 公钥前面的02或者03表示是压缩公钥，04表示未压缩公钥, 04的时候，可以去掉前面的04    ECPublicKeyParameters publicKeyParameters = new ECPublicKeyParameters(pukPoint, domainParameters);    //创建签名实例    SM2Signer sm2Signer = new SM2Signer();    ParametersWithID parametersWithID = new ParametersWithID(publicKeyParameters, Strings.toByteArray("1234567812345678"));    sm2Signer.init(false, parametersWithID);    sm2Signer.update(message, 0, message.length);    //验证签名结果    boolean verify = sm2Signer.verifySignature(signData);    return verify;  }    public static boolean verify4Der(String content, String publicKey, String sign)  {    //待签名内容    byte[] message = Hex.decode(content);    byte[] signData = Hex.decode(sign);    // 获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName("sm2p256v1");    // 构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),            sm2ECParameters.getG(),            sm2ECParameters.getN());    //提取公钥点    ECPoint pukPoint = sm2ECParameters.getCurve().decodePoint(Hex.decode(publicKey));    // 公钥前面的02或者03表示是压缩公钥，04表示未压缩公钥, 04的时候，可以去掉前面的04    ECPublicKeyParameters publicKeyParameters = new ECPublicKeyParameters(pukPoint, domainParameters);    //创建签名实例    SM2Signer sm2Signer = new SM2Signer();    ParametersWithID parametersWithID = new ParametersWithID(publicKeyParameters, Strings.toByteArray("1234567812345678"));    sm2Signer.init(false, parametersWithID);    sm2Signer.update(message, 0, message.length);    //验证签名结果    boolean verify = sm2Signer.verifySignature(signData);    return verify;  }    public static byte[] encodeSM2SignToDER(byte[] rawSign) throws IOException {    //要保证大数是正数    BigInteger r = new BigInteger(1, extractBytes(rawSign, 0, 32));    BigInteger s = new BigInteger(1, extractBytes(rawSign, 32, 32));    ASN1EncodableVector v = new ASN1EncodableVector();    v.add(new ASN1Integer(r));    v.add(new ASN1Integer(s));    return new DERSequence(v).getEncoded(ASN1Encoding.DER);  }  private static byte[] extractBytes(byte[] src, int offset, int length) {    byte[] result = new byte[length];    System.arraycopy(src, offset, result, 0, result.length);    return result;  }  public static byte[] decodeDERSM2Sign(ECDomainParameters domainParams, byte[] derSign) {    ASN1Sequence as = DERSequence.getInstance(derSign);    byte[] rBytes = ((ASN1Integer) as.getObjectAt(0)).getValue().toByteArray();    byte[] sBytes = ((ASN1Integer) as.getObjectAt(1)).getValue().toByteArray();    //由于大数的补0规则，所以可能会出现33个字节的情况，要修正回32个字节    rBytes = fixToCurveLengthBytes(domainParams, rBytes);    sBytes = fixToCurveLengthBytes(domainParams, sBytes);    byte[] rawSign = new byte[rBytes.length + sBytes.length];    System.arraycopy(rBytes, 0, rawSign, 0, rBytes.length);    System.arraycopy(sBytes, 0, rawSign, rBytes.length, sBytes.length);    return rawSign;  }  private static byte[] fixToCurveLengthBytes(ECDomainParameters domainParams, byte[] src) {    int curveLen = getCurveLength(domainParams);    if (src.length == curveLen) {      return src;    }    byte[] result = new byte[curveLen];    if (src.length > curveLen) {      System.arraycopy(src, src.length - result.length, result, 0, result.length);    } else {      System.arraycopy(src, 0, result, result.length - src.length, src.length);    }    return result;  }  public static int getCurveLength(ECDomainParameters domainParams) {    return (domainParams.getCurve().getFieldSize() + 7) / 8;  }    private static byte[] modifyRSFixedBytes(byte[] rs) {    int length = rs.length;    int fixedLength = 32;    byte[] result = new byte[fixedLength];    if (length < 32) {      System.arraycopy(rs, 0, result, fixedLength - length, length);    } else {      System.arraycopy(rs, length - fixedLength, result, 0, fixedLength);    }    return result;  }    public static AsymmetricCipherKeyPair generateKeyPair() throws NoSuchAlgorithmException {    //获取一条SM2曲线参数    X9ECParameters sm2ECParameters = GMNamedCurves.getByName(SM2_STD);    //构造domain参数    ECDomainParameters domainParameters = new ECDomainParameters(sm2ECParameters.getCurve(),        sm2ECParameters.getG(), sm2ECParameters.getN());    //创建密钥生成器    ECKeyPairGenerator keyPairGenerator = new ECKeyPairGenerator();    //初始化生成器,带上随机数    keyPairGenerator.init(        new ECKeyGenerationParameters(domainParameters, SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG")));    //生成密钥对    AsymmetricCipherKeyPair asymmetricCipherKeyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();    return asymmetricCipherKeyPair;  }}

若使用的是bc1.57，也可以使用encodeSM2SignToDER与decodeDERSM2Sign方法对sign字符串进行转换，以实现兼容高版本bc包的目的

在同一个项目需要引用不同的bc包，或出现bc包冲突时，非常不建议直接将冲突的包移除。也许冲突包移除后，当前业务联调顺利通过了，但你并不能保证之前的业务是否使用了被移除的bc包(不然你之前的bc包是为什么引进去的）。如果之前的业务使用了被移除的bc包，那么在执行该业务线时，很可能出现ClassNotFound的问题。

当然也可以使用maven-shade-plugin的打包方案，对bc包进行改名，以此实现同一个项目引入不同bc包的目的，但该方案仅适用于openjdk。由于oraclejdk会对bc包进行验签操作，使用改了名字的bc包是不会验签通过的，因此该方法需要在openjdk的环境中才能使用。（或者你改Security的配置也行，但是改生产的Security你需要自己承担风险）

来源地址：https://blog.csdn.net/qq_39120741/article/details/130937860